SU1109397A1

SU1109397A1 - Способ получени фурфурола и устройство дл его осуществлени

Info

Publication number: SU1109397A1
Application number: SU823502067A
Authority: SU
Inventors: Арвид Янович Кулькевиц; Янис Арвидович Пугулис; Астра Линардовна Рейзиня; Николай Александрович Ведерников; Валерий Александрович Завьялов; Янис Янович Зариньш; Андрис Гунарович Полманис; Висвалдис Готхардович Баламс; Янис Янович Далбиньш; Валдис Алфредович Рибиньш
Original assignee: Ордена Трудового Красного Знамени Институт Химии Древесины Ан Латвсср
Priority date: 1982-08-11
Filing date: 1982-08-11
Publication date: 1984-08-23

Abstract

1. Способ получени фурн})урола низкотемпературным термолизом пентозансодержащего сырь при 210-220 С в присутствии кислотного катализатора с использованием в качестве теплоносител парогазов - продуктов термической деструкции сырь с последующим выделением целевого продукта из парогазов конденсацией, отличающийс тем, что, с целью повышени выхода фурфурола,, нагрев пентозансодержащего сырь провод т циркул цией парогазов снизу вверх со скоростью 1,5-2 м/с через слой пентозансодержащего сырь , предварительно нагретого до 50-60 С при посто нном его ворошении.

Description

О

со

00

5Г

11 2. Устройство дл получени фурфурола , содержащее реактор, включакмций цилиндрический корпус, размещенные 6 нем разравниватель и скребковый выгружатель . соединенные с патрубками корпуса загрузочное и разгрузочное устройства и соединенную с реактором систему циркул ции парогазов, включающую калорифер, газодувку и трубопроводы , отли.чающеес тем, что, с целью повьшени выхода фурфурола, оно снабжено размещенным в реакторе ложным дном с регулируемой величиной отверстий и установленными над ним последовательно скребковым 7 перегружателем и лопаточным ворошителем , при этом выход системы циркул ции соединен с верхней частью реактора , а вход - с частью реактора, расположенной под ложным дном, 3.Устройство по п.., отличающеес тем, что калорифер размещен между выходом системы циркул ции и газодувкой, 4.Устройство по п.2, отличающеес тем, что загрузочное и разгрузочное устройства выполнены в виде шнек-прессов и снабжены патрубками подачи пара или воды.

Изобретение относитс к способу получени фурфурола, который используетс в органической химии и химии полимеров.

Известен способ получени фурфурола пиролизом пентозансодержащего сырь при 180-220 С в присутствии в качестве кислотного катализатора серной кислоты с использованием в качестве теплоносител парогазов, образующихс при нагревании сырь , которые подаютс в среднюю часть реактора с последующим ввделением целевого продукта из парогазов конденсацией.

Способ осуществл етс в устройстве непрерывного действи , содержащем цилиндрический.корпус, размещенные в нем разравниватель и скребковый выгружатель , соединенные с патрубками корпуса, загрузочное и разгрузочное устройства и соединенную с реактором систему циркул ции парогазов, включающую калорифер, газодувку и трубопроводы .1.

Недостатком известных способа и устройства вл етс низкий выход фурфурола из-за неравномерного нагрева и плотности сырь в реакторе по всей его толще, обусловленный радиальной циркул цией парогазов в слое сьфь . Кроме того, снижение вькода фурфурола происходит из-за конденсации части паров фурфурола на поверхности сырь , поступающего в верхнюю часть реактора

и на стенках газодувки, включенной перед калорифером.

Целью изобретени вл етс повышение выхода фурфурола.

Эта цель достигаетс тем, что согласно способу получени фурфурола низкотемпературным термолизом пентозансодержащего сырь в присутствии кислотного катализатора при нагреваНИИ до 210-220 С парогазами - продуктами термической деструкции сырь парогазы циркулируют снизу вверх со скоростью 1,5-2 м/с через слой пентозансодержащего сырь , предварительно

нагретого до 50-60°С при посто нном его ворошении и целевой продукт выдел етсй из парогазов конденсацией.

При этом устройство дл получени фурфурола, содержащее реактор, включающий цилиндрический корпус, размещенные в нем разравниватель и скребковый выгружатель, соединенные с патрубками корпуса загрузочное и разгрузочное устройства и соединенную с реактором систему циркул ции парогазов , включающую калорифер, газодувку и трубопроводы, снабжено размещенным в реакторе ложным дном с регулируемой ; величиной отверстий и установленными над ним последовательно скребковьм перегружателем и лопаточным ворошителем , при этом выход системы циркул ции соединен с верхней частью реактора , а вход - с частью реактора, рас311 положенной под ложным дном, калорифер размещен между выходом системы циркул ции и газодувкой, а загрузочное и разгрузочное устройства выполнены в виде шнек-прессов и снабжены патрубками подачи пара или воды. Низкотемпературный термолиз сырь с использованием в качестве теплоносител парогазор при принудительной их циркул ции через всю толщу материала , наход щегос в состо нии посто нного перемешивани и движени сверху вниз за счет непрерывной работы скребкового перегружател лопастного ворошител и равномерного обтекани газовым потоком путем его равномерного распределени отверсти ми ложного дна, создает благопри тные услови дл одинакового прогрева частиц материала по всему объему сырь , а посто нное ворошение его исключает образование в толще сырь мертвых зон - уплотнений и пустот. Это, в свою очередь, снижает аэродинамическое сопротивление потоку паро газов, что позвол ет поддерживать ег скорость в пределах 1,5-2 м/с. При такой скорости обдува частиц образовавшийс фурфурол не успевает разлагатьс при его выделении из толщи древесных частиц. Все это способствует более полному извлечению фурфурола из пентозансодержащего сырь и увеличению его выхода. Кроме того, загрузка сырь шнекпрессом с одновременной обработкой паром позвол ет подн ть температуру поступающего в реактор сырь до 5060 С , благодар чему исключаетс кон денсаци проход щих через материал парогазов на поступающем холодном сырье. На это же направлено и подклю чение калорифера перед газодувкой (в направлении движени потока) в системе циркул ции, потому что исклю чаетс тем самым конденсаци частиц парогазов на холодных стенках и полост х газопувки. На чертеже приведено устройство дл получени фурфурола (общий вид разрезе). Устройство содержит реактор с ци линдрическим корпусом 1 с расположе ньо4И в нем разравнивателем 2, лопас ным ворошителем 3 и скребковьм пере гружателем 4, имеющим ложное дно 5 регулируемыми по величине отверсти 6 управл емыми с помощью заслонок 7. На дне корпуса реактора расположен скребковый выгружатель 8. Лопастной ворошитель 3, скребковый перегружатель 4 и скребковый выгружатель 8 сид т на одном валу и привод тс во вращение гидроприводом. Сверху к корпусу 1 крепитс загрузочньй шнекпресс 9, а в нижней части корпуса к приемному бункеру прикреплен выгрузочный шнек-пресс 10. Корпусы шнекпрессов снабжены штуцерами 11 дл подачи пара или воды. Система циркул ции состоит из газодувки 12 и калорифера 13, соединенных трубопроводами с верхней частью корпуса 1 реактора со стороны калорифера 13, а с нижней его частью со стороны газодувки 12 в месте, наход щемс ниже уровн ложного дна 5. Отбор части парогазов на конденсацию производитс из системы циркул ции перед калорифером 13. Герметизаци реактора достигаетс путем применени в качестве загрузочных и разгрузочных устройств шнекпрессов , создающих достаточно плотную пробку на входе сырь и выходе целлолигнина из реактора. Производительность работы реактора регулируетс положением заслонок 7, рычаги управлени которых выведены наружу, а скорость циркулирующего потока парогазов регулируетс заслонкой , установленной перед входом в реактор, причем количество парогазов на конденсацию регулируетс заслонкой на выходе из реактора (не показана). Пример. Щепу из отходов лесозаготовок березы и ольхи размером 18-20 мм с примесью 27,5% коры, относительной влажностью 42,5% и с потенциальным содержанием 13,5% фурфурола непрерывным потоком в количестве 2610 кг/ч подают в черв чно-лопастной смеситель и обрабатывают 6%-ным раствором серной кислоты из расчета 1,75% моногидрата на а.с.д. Обработанную .катализатором щепу загружают шнек-прессом 9 в реактор 1 с полезным объемом 12,3 м, причем щепу в шнекпрессе предварительно подогревают вод ным паром путем конденсации его на поверхности щепы. Давление пара на входе в шнек-пресс 2 , расход 150 кг/ч, температура щепы на входе в реактор . Образующуюс при низкотемпературном термолизе парогазовую смесь через верхний штуцер реактора 1 отвод т на циркул цию (в количестве 27600 м/ч) 11 и на конденсацию (в количестве АЗОО мз/ч). Циркулирующа часть парогазовой смеси вначале поступает в калорифер 13, где подогреваетс до , зате газодувкой 12 нагнетаетс через нижний штуцер в нижнюю часть реактора и через отверсти 6 в ложном дне 5 и толщу сырь оп ть поступает в верх нюю часть реактора 1. Благодар вращению вала реактора 1 скребковый перегружатель 4 непрерывно перегружает сырье из верхней части реактора в нижнюю через регули руемце отверсти 6 в ложном дне 5, а ворощитель 3 своими лопаст ми обеспе чивает посто нное ворошение сырь в верхней части реактора. Разравнива:тель 2 равномерно распредел ет поступающее сырье по всему объему реак тора 1. Все это обеспечивает противоточную обработку сырь парогазовой смесью снизу вверх при посто нном его ворошении. Из нижней части реактора 1 твердый остаток низкотемпературного термолиза сырь - целлолигнин скребковым выгружателем 8 и шнек-прессом 10 выгружают из реактора. Дл предотвращени самовозгорани целлолигнина в корпус шнек-пресса 10 подаетс вода в количестве 180 кг/ч. Парогазы, идущие на конденсацию, поступают в кожухотрубчатый теплообменник . В результате конденсации парогазов в количестве 4300 м /ч (2680 кг/ч), посто нно отбиравшихс на конденсацию, получают фурфуролсодержащий конденсат в количестве 2570 кг/ч с содержанием 133,5 кг/ч фурфурола и 128 кг/ч летучих кислот в пересчете на уксусную. Неконденсирующиес газы в количестве 110 кг/ч выбрасываютс в атмосферу. Выход фурфурола из перерабатываемого сырь составл ет кг/ч«100 % „ .Ь 2610 кг/ч 7ft Ifl trr/u i В установившемс режиме (через 2 ч после пуска реактора) процесс характеризуетс следующим параметрами: температура циркулирующей парогазовой смеси на входе в реактор 210-215°С, на выходе из реактора 102 , скорость парогазовой смеси по свободному сечению реактора в нижней части 1,97 м/с, в верхней части 1,57 м/с, число оборотов вала, реактора 0,8 об/мин, скорость прохождени сырь через реактор 6 м/ч. Предельные значени скорости газового потока установлены экспериментально и эта зависимость приводитс в уабл.1. IТ а б л и ц а 1 Из приведенной табл.1 видно, что выход фурфурола посто нно увеличиваетс с увеличением скорости парогазовой смеси до 2,0 м/с. Дальнейшее увеличение скорости теплоносител практически не вли ет на выход фурфурола , а при увеличении ее свьпое 2,0 м/с происходит даже снижение выхода фурфурола за счет выноса сырь и уменьшени времени его нахождени в зоне реакции. Выбран нижний предел скорости, равный 1,5 м/с, а верхний - 2,0 м/с по следующим соображени м . Нижний предел соответствует началу снижени прироста выхода фурфурола, а верхний - максимальному выходу. Ведение процесса при скорости потока выше 2 м/с экономически нецелесообразно из-за большого рас71109397

nn;L r циркул цию газового потока, количества кислоты, потока. Примеры на проведение про- испольэуемой в качестве катализатора/ цесса в указанных пределах скоростей приведены в табл.2.

Количество щепы с отн. влажностью

42,5%, кг

Расход 6%-ной серной кислоты, счита

на абс. сухую щепу 1%

Количество циркулирук цей парогазовой

смеси,

Температура циркулирующей парогазовой смеси,с:

Необходимо также, чтобы предварительна температура щепы была 5060С .

Во-первых, при таком подогреве щепы исключаетс возможность конденсации проход щей через матери парогазовой смеси, что имеет место при ее контакте с холодньвч сьфьем. При этом на поверхности холодного сырь в первую очередь конденсируютс более высококип щие компоненты парогазовой смеси, в том числе и фзффурол, который сразу же разрушаетс при контакТаблица 2

2610

1,75

30870

35280

те с серной кислотой, наход щейс на поверхности сырь .

Во-вторых, усилие, необходимое дл создани шнек-прессом плотной непро1ницаем ( дл воздуха пробки из щепы, подогретой до 50-60 0, в 2-3 раза меньше, чем дл холодной щепы, что требует более мощного шнека и приво да . Указываема температура 50-60 0 : вл етс средней или условной и получаетс расчетньм путем. Величины средней условной температуры щепы приведены в табл.3.

:ТаблицаЗ В действительности же механизм нагрева щепы и ее температура следующие . Исходное сырье за врем движени в шнеке подвергаетс воздействию пара давлением 1,2 кгс/см (в нашем конкретном случае) и температуры в течение одной минуты. За это врем поверхность сырь (щепы) нагреваетс до 100°С, а внутри значительно меньше. Зна количество подводимого пара (массу пара) и его температуру или массу сконденсированного пара, а также начальную температуру, теплопроводность и теплоемкость сырь , легко рассчитать среднюю температуру сырь Расход тепла на получение 1 кг фурфуролсодержащего конденсата составл ет 638 ккал против 712 ккал по известному способу. Снижение тепловых затрат происходит за счет более высо кой производительности процесса полу чени фурфурола. Измеренна средн скорость парогазовой смеси в реакторе по известному способу составл ет 0,6 м/с. Вначале парогазы, идущие на конденсацию , поступают в кожухотрубчаты теплообменник. В результате конденсации парогазов в количестве 1320 кг/ч, посто нно отбирающихс на конденсацию , получают фурфуролсодержащий конденсат в количестве 1316 кг/ч с содержанием 38,2 кг фурфурола и 28,6 кг летучих кислот в пересчете на уксусную . Неконденсирунмдиес газы после промывки в количестве 47,4 кг/ч выбрасываютс в атмосферу. Далее конденсат вместе с промывными водами от очистки неконденсирующихс газов поступает на вьщеление и очистку фурфурола в трехколонном аппарате, состо щем из основной колонны с 41 колпачковыми тарелками, работающей при атмосферном давлении, и двух вакуум-ректификационных колонн обезвоживающей (16 тарелок) и отгонной (30 тарелок), После отгонки получают фурфурол в количестве 31,0 кг/ч - 90% I сорта и 10% II сорта. Выход фурфу Ьола по пpeдлa aeмoму способу достигает 8,5-9,0% от а.с.д., что превосходит выход фурфурола по известному способу в 1,12-1,32 раза (6,8-7,6%).

Сырье .и П На конденсацию

Claims

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФУРФУРОЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. 1. Способ получения фурфурола низкотемпературным термолизом пентозансодержащего сырья при 210-220 С в присутствии кислотного катализатора с использованием в качестве теплоносителя парогазов - продуктов термической деструкции сырья с последующим вщцелением целевого продукта из парогазов конденсацией, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода фурфурола,, нагрев пентозансодержащего сырья проводят циркуляцией парогазов снизу вверх со скоростью 1,5-2 м/с через слой пентозансодержащего сырья, предварительно нагретого до 50-60°C при постоянном его ворошении.

Ш60ТТ^<ГО‘П5'
2. Устройство для получения фурфурола, содержащее реактор, включающий цилиндрический корпус, размещенные 6 нем разравниватель и скребковый выгружатель. соединенные с патрубками корпуса загрузочное и разгрузочное устройства и соединенную с реактором систему циркуляции парогазов, включающую калорифер, газодувку и трубопроводы, отличающееся тем, что, с целью повышения выхода фурфурола, оно снабжено размещенным в реакторе ложным дном с регулируемой величиной отверстий и установленными над ним последовательно скребковым перегружателем и лопаточным ворошителем, при этом выход системы циркуляции соединен с верхней частью реактора, а вход - с частью реактора, расположенной под ложным дном.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что калорифер размещен между выходом системы циркуляции и газодувкой.
4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что загрузочное и разгрузочное устройства выполнены в виде шнек-прессов и снабжены патрубками подачи пара или воды.